地質勘查鉆探

1、緒論1鉆探：有動力機（電機、柴油機）帶動鉆機回轉，并由鉆機供給鉆桿柱一定的軸向壓力和扭拒，從而使鉆頭勊 取巖石，達到不斷向深部鉆進，獲取地質資料的目的。2鉆探工作的基本作業(yè)：破碎巖石、清除巖屑、維護孔壁3項必需的工作環(huán)節(jié)。3鉆探工作包括：鉆進和升降兩個必要的基本作業(yè)程序（或稱工序）。4鉆探工作的兩項重要內容巖心采取和防止鉆孔彎曲5鉆孔要素：即鉆孔直徑、鉆孔方向和鉆孔深度6鉆進方法的分類? 按鉆頭所用切削材料分類：金剛石鉆進、硬質合金鉆進、鋼粒鉆進? 按碎巖方式分類：回轉鉆進、沖擊鉆進、沖擊回轉鉆進、回轉沖擊鉆進。? 按沖洗液循環(huán)方式鉆進：正循環(huán)鉆進、反循環(huán)鉆進、孔底局部反循環(huán)鉆進? 按鉆進目的

2、分類：地質鉆進、石油鉆進、水井鉆進、工程施工鉆進7根據(jù)孔深，鉆孔可分為：?淺孔，o 150m常用于物探地質調查，水文及工程地質勘查。?中深孔，150 1 000m，為勘探一般礦藏時所采用。?深孔，I 000m以上，一般為勘探開發(fā)石油以及科學深鉆時采用。第一章1鉆探設備：從事鉆探工作所使用的全套技術裝備2鉆探設備要滿足下列要求：保證高效率，工藝過程連續(xù)，生產(chǎn)過程機械化、自動化程度高，操作安全、使用可 靠、易于控制、調節(jié)和檢修，安裝、拆卸和運輸性能良好。3鉆機的作用：是實施鉆具的回轉和給予軸向壓力，以破碎巖石加深鉆孔，完成從孔內起下鉆具或升降套管等 工作。4進行鉆探工作時，鉆探工藝要求鉆機能完成的

3、工序是： 提供使鉆桿柱及碎巖鉆具（鉆頭）回轉的動力； 具有能使鉆桿柱及碎巖鉆頭繼續(xù)前進的能力，以達到不斷破碎巖石、連續(xù)鉆進的目的； 當鉆頭磨鈍后、需要提取巖心及處理有關井內事宜時，鉆機具有使鉆桿柱及鉆進工具提出孔口及再下入孔內 繼續(xù)下一個回次鉆進的能力。5回轉式鉆機可分為立軸式、轉盤式二大類。6立軸式回轉巖心鉆機由回轉機構、給進機構、升降機構、傳動機構、操縱裝置及機座等基本部分組成。7 回轉器結構與性能必需滿足以下要求： 回轉器的轉速和扭矩的性能應能適應鉆進工藝孔內情況變化的要求。 要求回轉器能反向回轉 回轉器應有良好的導向作用 根據(jù)使用要求回轉器應能在一定范圍內變更傾角，可鉆進不同方向的鉆孔

4、 回轉器應做到回轉運動平穩(wěn)，震動擺動小8 給進機構任務是：稱 量鉆具重量；進行加壓或減壓鉆進一一調節(jié)和保持孔底鉆頭上的軸向壓力和鉆進速度； 并根據(jù)鉆頭的鉆進速度給進鉆具，保證鉆頭連續(xù)不斷地鉆孔；平衡鉆具重量；倒桿、提動和懸掛鉆具；強力 起拔鉆具等。9給進機構，其性能應滿足以下工藝要求： 根據(jù)地層性質、鉆進方法、鉆頭類型和直徑，無級調節(jié)軸心壓力。 能無級地調節(jié)鉆進速度，最好能自動調節(jié) 有快速提升和一定的起重能力 應能準確迅速地反映孔內情況，以便及時掌握和分析孔內情況，調整鉆進工藝或采取處理措施，因此要具有 定的觀測裝置，如孔底壓力、進尺和鉆速的觀測儀表等。 要盡可能縮短輔助工序時間10傳動機構任

5、務是：傳遞與切斷動力：變速與變矩，實現(xiàn)柔性傳動和過載保護，分配動力與換向；改變運動形 式，如將旋轉運動轉變?yōu)橥鶑瓦\動及驅動儀表等。11鉆機的技術參數(shù)是選擇鉆機、使用鉆機及評價鉆機的重要依據(jù)。12鉆機的技術參數(shù)包括鉆機的能力參數(shù)、各工作機構的工作參數(shù)，配備動力機的有關參數(shù)、鉆機的重量及總體 尺寸等。13鉆機的技術參數(shù)有 3種：基本參數(shù)、主要參數(shù)和一般參數(shù)。14鉆機仍以鉆進深度為基本參數(shù)。15選用、評價鉆機的原則鉆進能力回轉系統(tǒng)鉆機給進系統(tǒng)16鉆探對鉆機的要求 具有適合鉆進規(guī)程需要的轉速和調節(jié)范圍，以便有效的破碎巖石； 向鉆頭傳遞足夠的軸心壓力，并有適當?shù)恼{節(jié)范圍，以適應最優(yōu)的鉆壓選擇。能完成升降

6、鉆具工作，并能隨鉆具的變化而改變提升速度。 具有可變換鉆進角度的功能。 具備處理孔內事故，糾斜的功能。 工作平穩(wěn)，重量輕，尺寸小，美觀大方。17沖洗泵（泥漿泵）在鉆探工作中的作用（1）清除巖屑（2）冷卻、潤滑鉆頭和鉆具；（3）保護井壁（4）供給鉆具能量（5）輸送特種物質（6）判斷孔內情況18泵按工作原理分為三大類：葉輪泵、容積泵、噴射泵19鉆塔對鉆塔的基本要求應有足夠的承載能力，保證滿足正常及特殊情況下的起下鉆具、套管的需要。 應有足夠的高度和有效空間3 鉆塔的結構要合理，盡可能使鉆塔輕便、易拆卸、好搬運20巖心鉆具是由鉆頭、巖心管、異徑接頭、鉆桿柱、連接接頭和水龍頭等組成。21鉆桿柱的功用

7、在鉆探工作中，鉆桿柱從地表把鉆機的動作和動力傳遞給井底的鉆頭 同時它又是洗井液沖洗井底和冷卻鉆頭必需的液流通道。 鉆桿內受高壓，表面承受著磨損。 輸送巖心或巖心提取器的通道。 投送卡取巖心的卡料，輸送測斜儀器以及輸送材料等。 桿柱是鉆探工作的一個關鍵組件和重要環(huán)節(jié)。22鉆桿使用的優(yōu)化變換使用方式綜合使用方式第二章1巖石按成因分為：巖漿巖、沉積巖和變質巖。巖漿巖：內力地質作用的產(chǎn)物，系地殼深處的巖漿沿地殼裂隙上升冷凝而成。沉積巖：在地表條件下母巖風化剝蝕的產(chǎn)物，經(jīng)風化、剝蝕、搬運、沉積和固結等成巖作用而形成的巖石。 變質巖：沉積巖、巖漿巖或變質巖本身在地殼中受到高溫高壓及化學活動性流體的影響而變

8、質形成的巖石。2巖石的結構：巖石的微觀組織特征，它與礦物粒度的大小、形狀和表面特征有關，反映了巖石非均質性和孔 隙性。巖石構造：是表示巖石宏觀組織特征，它說明礦物顆粒之間的組合形式和空間分布狀況，它決定了巖石的各 向異性和裂隙性。3巖石可鉆性：是表示鉆進過程中巖石破碎的難易程度。意義：巖石可鉆性是合理選擇鉆進方法、鉆頭類型和結構、鉆進規(guī)程參數(shù)的依據(jù)，也是制訂鉆探生產(chǎn)定額和 編制鉆探生產(chǎn)計劃的依據(jù)。4巖石可鉆性的影響因素：1）巖石性質對可鉆性的影響，主要因素有：巖石的礦物成分、結構構造、密度、孔隙度、含水 性及乏水性；巖石的力學性質，如硬度、強度、彈性、脆性、塑性及研磨性等。一般地說，造巖礦物

9、中石英多、膠結牢固、顆粒細小、結構致密、未經(jīng)風化和蝕變時，巖石可鉆性差；巖石硬度和強度高、 研磨性強，巖石破碎就比較困難，巖石可鉆性也差。2) 鉆探技術條件對可鉆性的影響，主要有：鉆探設備的類型、鉆孔直徑和深度、鉆進方法、碎巖工具的結構和質量等。例如，沖擊鉆進在堅硬的脆性巖石中具有較好的鉆進效果，而回轉鉆進在軟的塑性巖 石中可以獲得較好的碎巖效率。3) 鉆探工藝因素對巖石可鉆性的影響，主要有：加在鉆頭上的壓力、鉆頭的回轉速度、沖洗液的類型、鉆 孔巖粉清除情況等。5巖石可鉆性劃分方法有：用巖石力學性質評價巖石的可鉆性用實鉆速度評價巖石的可鉆性用微鉆速度評價巖石的可鉆性 用碎巖比功評價巖石的可鉆性

10、6巖石作用的主要方式有三種，即：切削一剪切型；沖擊型；沖擊一剪切型。7碎巖刃具一般具有各種各樣的形狀，在研究時一般簡化為平底圓柱形壓頭和球形壓頭對巖石的作用9 軸向力和切向力共同作用下巖石的應力分布分為正應力區(qū)(I)、拉應力區(qū)(n)和過渡區(qū)(川)。10碎巖工具對巖石的作用有哪些特點？(1) 軸向力與切向力共同作用時，可視為碎巖工具對孔底巖石表面以某一角度施加作用力。巖石破碎效果將由此作用力的數(shù)值和方向來決定。(2 )軸向力與切向力共同作用時，碎巖工具下方巖石中產(chǎn)生不均勻的應力狀態(tài)。(3)當巖石中出現(xiàn)拉應力時，在其他條件相同的情況下，在拉應力區(qū)開始破碎。11巖石的變形破碎方式按破碎特點和鉆進效果

11、，巖石破碎方式可有3種I表面破碎區(qū)；n疲勞破碎區(qū)；川體積破碎區(qū)11壓模壓入巖石時破碎過程是呈循環(huán)式的。即從巖石彈性變形、塑性變形、形成主壓力體、剪切體剪出、壓模 跳躍下落完成一個循環(huán)，然后再開始一個新的破碎循環(huán)。12巖石在外載作用下的破碎過程共同點：(1) 巖石破碎過程的發(fā)展不是隨載荷的增加而平穩(wěn)進行的，(2) 只有當載荷達到某一定值時，才能產(chǎn)生大體積剪切破碎，(3) 當載荷不足以產(chǎn)生大剪切時，在巖石中產(chǎn)生壓裂或壓皺作用，形成裂隙。(4) 載荷過小時，在巖石表面形成微小裂紋(5) 在實際鉆進中，在軸向力和水平力(轉矩)作用下破碎巖石時，實際上是一個由數(shù)個小剪切和一個大剪切組 成的不斷循環(huán)的過程

12、。13衡量巖石破碎效果的功耗準則關于破碎巖石時消耗的能量與破碎產(chǎn)物的關系，存在著兩種定律一即黎金格爾定律和基爾別切夫定律。黎金格爾定律認為：固體破碎功與破碎過程中物體表面積的增加成比例。即：隨著粉碎度的增加破碎功與破碎產(chǎn)物粉碎度的關系是指數(shù)關系?；鶢柋惹蟹蚨烧J為：破碎功與物體破碎的體積成比例?；鶢柋惹蟹蚨蓜t是直線關系。第三章第一節(jié)1鉆進方法：是指在鉆探或鉆井工程中，向地下鉆孔(井)時，破碎孔(井)底巖石的方法及技術措施的總稱。2鉆進方法分類根據(jù)破碎巖石的外力作用性質及方式，鉆進方法可以分為沖擊鉆進、回轉鉆進、沖擊回轉鉆進以及振動鉆進等；在回轉鉆進中，按回轉鉆進時破碎巖石所使用的磨料，又分為

13、硬質合金鉆進、鉆粒鉆進和金剛石鉆進、牙輪鉆 進等。3硬質合金鉆進：利用鑲焊在鉆頭體上的硬質合金切削具作為碎巖的工具的鉆進方法。適用于軟巖層及中硬巖層的鉆進工作，即可鉆進14級軟的沉積巖及中硬的 57級及部分8級巖漿巖和變質巖。4硬質合金鉆進的特點：1 )由于切削具固定在鉆頭體上，它可以鉆進任意傾角的鉆孔，不受孔向、孔徑和孔深的限制。2 )可以根據(jù)不同的巖性和要求，合理地設計和選擇鉆頭的結構，以便在不同的巖層中取得較優(yōu)的效果，并 滿足工作要求。3 ）鉆進中操作簡便，容易掌握。4）鉆孔質量容易保證，巖心采取率較高，孔斜較小。5影響硬質合金鉆進的主要因素：1）巖層性質：2）鉆頭方面： 硬質合金的性能

14、：如硬度、強度、韌性和抗磨性能等； 硬質合金切削具的形狀、規(guī)格等； 切削具在鉆頭體上的排布形式和數(shù)量； 鑲焊的方法及質量。3）鉆進規(guī)程和操作技術，如所采用的鉆壓，轉速和泵量等。6硬質合金鉆進的過程，實際上是硬合金切削具在外載作用下不斷破碎巖石和巖石不斷磨損硬質合金切削具的 過程。7硬合金鉆進的孔底碎巖過程，可分為塑性巖石的碎巖情況和脆性巖石的碎巖情況。8對塑性巖石來說，切入深度ho與軸向壓力Py成正比，而與切削具的寬度b，刃尖角3的正切，以及巖石的抗壓入強度成反比。=0.88 0. 979切削具上的作用力給進力Py切削力Px10衡量切削具的磨損，常采用下列指標：（1 ）絕對磨損，是切削具高度的

15、磨損，也稱總磨損（2 ）相對磨損，可分為：單位時間的磨損單位進尺的磨損單位摩擦功的磨損11切創(chuàng)具高度的計算方法:Py；(R-r)tg :2 fPy二(R r)nt(R - r)tg 1d 巖石的壓入硬度;f巖石與切削具的摩擦系數(shù)；R-rR+r切削具寬度；鉆頭平均直徑；n切削具刃尖角 3和摩擦角0所決疋的12硬質合金定型產(chǎn)品形狀：片狀、柱狀、針狀13硬質合金切削具形狀的確定和選擇應考慮的因素:（1）有利于破碎巖石；（2）有利于抗磨損；（3）有利于抗斷、抗崩；（4）有利于鑲焊和修磨。14取心式硬質合金鉆頭的結構要素鉆頭體；切削具的出刃；切削具的鑲焊角度；切削具在鉆頭上的排列和布置；切削具的數(shù)目；水

16、口、水槽 的形式與數(shù)目等。15切削具在鉆頭底面的排列，有均布排列和密集排列兩種類型16取心式硬質合金鉆頭分為磨銳式硬合金鉆頭：是指鉆頭磨鈍后可修磨銳利的鉆頭。只適應于研磨性小的軟及中硬巖石。17全面鉆進一一鉆進中不采取巖心，全面破碎孔底巖石。全面鉆進所使用的鉆頭一一全面鉆頭。全面鉆頭包括硬質合金全面鉆頭、金剛石全面鉆頭、鋼粒全面鉆頭、牙輪鉆頭和螺旋鉆頭等。18依刀翼的數(shù)目，刮刀鉆頭分為：（1）兩翼刮刀鉆頭（魚尾鉆頭）；（2 ）三冀亂刀鉆頭；（3 ）四冀刮刀鉆頭。19鉆進規(guī)程：是指為提高鉆進效率、降低成本、保證質量所采取的技術措施，通常指可由操作者人為改變的參數(shù)組合。在回轉鉆進中主要的鉆進參數(shù)有

17、：鉆壓、轉速、沖洗介質的品質、單位時間內沖洗介質的消耗量（沖洗液量或泵 量）等工藝參數(shù)。生產(chǎn)中有不同的鉆進規(guī)程：最優(yōu)規(guī)程、合理規(guī)程、專用規(guī)程最優(yōu)規(guī)程：指在一定地質條件和鉆進方法下，為保證鉆孔質量，獲取最高鉆速或最低鉆進成本而選擇的鉆進參 數(shù)搭配。20鉆壓是孔底碎巖的必要條件。鉆壓的大小決定著碎巖的方式和特點，它直接影響鉆進速度。機械鉆速與鉆壓的關系是：機械鉆速隨著鉆壓的增加而不斷地增大。具體可分為3個階段：表面破碎階段、疲勞破碎階段、體積破碎階段。21在鉆探中，將由泵送入孔內的沖洗液的流量稱為沖洗液量或泵量22最優(yōu)回次鉆程時間的確定1）利用VM t和VR-1兩曲線的交點來確定 to，在鉆進過程

18、中，隨時計算 VM= VR=H/（t+T ）。當兩者相等時，此時間即為最優(yōu)鉆程時間to ,即結束鉆程而起鉆。2）利用回次進尺曲線的相應切點來確定to如圖所示，起下鉆所需的時間為T,在橫坐標0點的左邊確定 A點，使OA=T 當直線AB與H-1曲線相切時，to=為最大值，也即 VR為最大值。與該切點相對應的時間即為to。在實際應用中，當某一孔深的 T確定后，即A點確定后，可依 A點為中心，用一直尺的邊代替AB,隨著鉆進，不斷繪出 H-t曲線。當直尺與曲線相切時，便可結束鉆程而起鉆。進尺丹23不同地層的鉆進特點松軟及較軟地層中鉆進: 該類巖層容易切入，所以應選用適當?shù)你@壓，使切刃切入巖石適當深度后，

19、應盡量采用快的轉速，以提高機械鉆速。選用的規(guī)程應為：適當?shù)你@壓、較快的轉速及較大的泵量，即采用“中壓、 快轉、大泵量”的鉆進規(guī)程。同時選用優(yōu)質泥漿護孔，以保護孔壁。中硬地層的鉆進 ：應選用大鉆壓、中轉速和適當?shù)谋昧浚话惴Q為“大壓、中速、中泵量”的鉆進規(guī)程。 裂隙及高研磨性地層中的鉆進：在高研磨性巖層，應充分發(fā)揮大鉆壓的作用，選用適當小的轉速和較大的泵量， 使孔底保持清潔，以減小磨損。在鉆頭選用上，可選用抗磨性能強的磨銳式硬合金鉆頭或自磨式硬合金鉆頭。在裂隙地層，應選用較低的鉆壓、中等轉速、中等泵量。鉆速要求應適當，以避免切削具崩斷和鉆孔偏斜。在鉆 頭選用上，應選用抗崩刃和抗折斷能力強的（負前

20、角）鉆頭。第二早第一節(jié)1牙輪鉆頭以其牙輪爪間的焊接方式不同，分為有體式鉆頭和無體式鉆頭兩種。2牙輪鉆頭的基本參數(shù) 1 ）鉆頭直徑2）牙輪軸線偏移值（移軸） 3）牙輪軸線與鉆頭軸線夾角3 4）牙輪的形狀及布置5）牙輪上牙齒的布置3牙輪鉆頭的碎巖原理1 ）沖擊、壓碎作用鉆進時，加在鉆頭上的軸心載荷（靜載），使牙齒壓碎巖石，這就是壓碎作用。鋼齒鉆頭的壓入壓碎是尖楔工具對巖石的壓入壓碎過程，而鑲硬合金的球齒鉆頭，則是球形工具壓入壓碎巖石 的過程。同時，鉆頭旋轉時，牙輪的縱向振動，產(chǎn)生沖擊載荷（動載），使牙齒沖擊破碎巖石，稱為沖擊破碎。2）剪切破碎作用牙輪齒對巖石的剪切破碎作用，是由于牙齒相對孔底巖石的

21、滑動而產(chǎn)生的。產(chǎn)生滑動的主要因素是由于牙齒布置時的超頂、移軸和復錐而產(chǎn)生的。第二早第二節(jié)1金剛石鉆頭鉆進的特點 鉆進效率高，特別是在巖石硬度大的地層，鉆進效率提高的幅度較大。 鉆孔質量好，巖心采取率比較高，而且?guī)r心完整、光滑。 金剛石鉆進的鉆孔彎曲較小。 孔內事故少，應用范圍廣。 備輕，勞動強度低，鉆探成本小。2金剛石在胎體端面的出刃值必須遵守下列幾條原則（1）保證在正常的泵壓條件下巖粉能從鉆頭端面順利通過；（2）金剛石出露刃在鉆進時不易被折斷；（3）金剛石在胎體中包鑲牢固。3選擇金剛石鉆頭的原則：（1 ）軟至中硬和完整均質巖層，一般宜用天然表鑲鉆頭、復合片鉆頭、聚晶鉆頭，部分可用燒結體鉆頭。

22、（2）硬至堅硬致密的巖層（712級），一般宜用孕鑲鉆頭，或細粒表鑲金剛石鉆頭。（3 ）在破碎、軟硬互層、裂隙發(fā)育或強研磨性巖層，如煤系地層，宜用耐磨性好的、補強的電鍍孕鑲鉆頭。（4 ）強研磨性巖層，用高耐磨性胎體；中等研磨性巖層，用中等耐磨性胎體；弱研磨性巖層，選用低耐磨性胎 體。復雜巖層，研磨性越強、越硬，選用金剛石品級好、粒度相對細的鉆頭。（6 ）強研磨性、較破碎的巖層，在保證金剛石包鑲良好的條件下，選用金剛石濃度較高的鉆頭。反之，均質致 密、弱研磨性的巖層，選用金剛石濃度較低的鉆頭。（7 ）巖層軟，排粉多，選用復合片鉆頭或聚晶鉆頭。4金剛石鉆進規(guī)程包括：鉆壓、轉速和沖洗液量3個參量。影響

23、鉆進規(guī)程參數(shù)的因素很多，主要有：巖層的性質和特點、鉆頭的類型、所用設備和鉆具的性能、鉆孔的直徑和深度，其他工第三章第四節(jié)1鋼粒鉆進與硬質合金鉆進、金剛石鉆進相比，最主要的特點是：作為碎巖磨料的鋼粒，不被固定在鉆頭上面， 而是在周圍巖石的限制下，靠鉆頭的底唇把鋼粒壓在其下，隨著鉆頭的轉動，帶動鋼粒在巖石上面不斷滾動， 達到破碎巖石的目的。2鋼粒鉆進的缺點和使用上的局限性：1 ）鋼粒鉆進不適宜用小口徑鉆進2）鋼粒鉆進不能用于鉆進小傾角的、接近于水平的鉆孔3）鋼粒鉆進不能鉆進大裂隙、空洞或涌水量大的地層4）對沖洗液量的調節(jié)和掌握，必須適應孔底鋼粒分布及分選的要求3鋼粒鉆進的碎巖方式 1 ）壓碎碎巖2

24、）壓裂碎巖3）井底脈動沖擊作用4鋼粒鉆頭的功用：是將鉆桿柱傳來的軸向壓力及回轉力傳遞給鋼粒；同時，鉆頭的唇面把鋼粒壓向孔底，進 行鉆進。5良好的鋼粒鉆頭應具有下列性能：1）應能很好地壓住鋼粒，并能帶動鋼粒沿孔底滾動；2）應能順利地流通沖洗液，排除巖粉；3 ）應能適量并及時地向鉆頭底唇下面補充鋼粒，保證鉆進正常；4 ）鉆頭應耐磨，并應在磨耗中保持良好的導砂性能和補砂性能。6鋼粒鉆進規(guī)程包括：投砂方法及投砂量、鉆壓（軸向壓力）、轉速和沖洗液量（泵量）等方面。7鋼粒鉆進的投砂方法有三種：即一次投砂法、結合投砂法和連續(xù)投砂法。其中以一次投砂法使用最為廣泛。8在鋼粒鉆進中，鉆壓是保證鋼粒在孔底破碎巖石的

25、必要條件9合理的沖洗液量應該是既能保證有效地將巖粉沖走、保持孔內清潔，能使多余的鋼粒在外環(huán)間隙中呈懸浮狀 態(tài)；又不至將有用鋼粒沖走而破壞孔底的工作過程。第四章1鋼絲繩沖擊鉆進的特點：1）設備簡單，重量小。2）鉆進時鉆孔內鉆井液不循環(huán)。3）鉆頭破碎巖石是不連續(xù)的。4）鉆頭是以自由落體方式?jīng)_擊巖石的。2鋼絲繩沖擊鉆進所使用的鉆具1）用來破碎巖石和取樣排屑的工具一鉆頭、沖擊鉆桿、鋼絲繩接頭、撈砂筒和取樣器等。2）起下套管的工具一各種變型套管、鉆具接頭、套管鞋、沖擊驅動頭和滑動裝置等。3）打撈事故的工具一撈繩矛、卡瓦、事故鉆頭和夾持器等。4）用來加速鉆進、起下套管和打撈作業(yè)的輔助工具一各種鉗、套管、夾

26、具等。5） 沖擊鉆機 如仿蘇 CZ 20C, CZ 22，CZ 303鋼絲繩沖擊鉆進規(guī)程參數(shù)主要有：鉆具的重力、鉆具下降加速度、沖擊高度、沖擊次數(shù)和巖粉密度4沖擊回轉鉆進是鉆頭在靜壓作用下進行回轉，同時輔以縱向沖擊動載，從而形成以回轉切削和縱向沖擊相結合的碎巖鉆進方法。5沖擊器根據(jù)所采用的動力不同分為：（1）液動沖擊器（2 ）風動沖擊器（3 ）機械作用式?jīng)_擊器6沖擊回轉鉆進用鉆頭的特點1）沖擊回轉鉆進時鉆頭剛體承受沖擊荷載、軸向靜載和扭矩2）取心沖擊鉆頭壁厚較普通取心鉆頭厚3）鉆頭體的外形多呈多邊形4）鉆頭切削具承受大沖載5）切削具的出刃形式多為平底形，且出刃量較大。7沖擊回轉破巖機理 沖擊使

27、接觸應力瞬間達極大，應力集中，巖石產(chǎn)生裂紋。沖擊速度f巖石脆性f,裂隙發(fā)育f,不大的 沖擊能（數(shù)十焦耳）就可破碎極堅硬的巖石。鉆頭上同時作用軸向靜載、沖擊力和回轉力矩。刃具具有沖擊碎巖和回轉碎巖兩者的特征。根據(jù)沖擊和回轉碎巖作用的主次，又將沖擊回轉鉆進分為沖擊-回轉和回轉-沖擊兩種碎巖形式。1）沖擊-回轉碎巖主要以沖擊載荷碎巖為主，軸向靜壓力主要用來克服鉆具的反彈力，改善沖擊能的傳遞?；剞D力矩主要是使切削具沿孔底剪切兩次沖擊間殘留的巖石脊峰。利用這種沖擊剪崩和回轉剪切作用，造成脆性巖石大顆粒巖體的剝離。隨巖石脆性與硬度增大，碎巖效果愈顯著。2）回轉-沖擊碎巖回轉-沖擊碎巖是把高頻低沖擊功，加在

28、一般回轉鉆進的硬質合金鉆頭或金剛石鉆頭上。主要用于小口徑鉆進， 液動沖擊器即屬此類。破巖機理：巖石受高頻沖擊力后，一方面在刃具接觸處產(chǎn)生應力集中，增大了破碎體積；另一方面巖石內部分 子被 迫振蕩而產(chǎn)生疲勞破壞并降低了強度，再加上軸向的靜壓和回轉切削，增加了破巖的效果。8沖擊回轉鉆進規(guī)程 1、鉆壓2、轉速3、泵壓和泵量第五章1螺旋鉆進是一種干式回轉鉆進方法2 螺旋鉆進的特點1）進效率高。2） 低公害（無泥漿污染），低噪音（無振動），低成本（效率高）3） 不使用沖洗液 4 ）孔壁穩(wěn)定5）可以隨時取樣 6） 般只能鉆進松軟巖層3螺旋鉆分類 長螺旋鉆短螺旋鉆環(huán)狀螺旋鉆4旋挖式鉆機主要由履帶式底盤、轉盤

29、平臺（含操作室）、鉆桿導向架、動力頭、鉆桿、鉆具六部分組成。第六章1沖洗的實質是：沖洗介質在孔內的連續(xù)或定期的循環(huán)，達到清洗孔底，攜帶和懸浮巖屑與巖粉，冷卻鉆頭， 保護孔壁等多種目的。由于鉆孔沖洗使用的主要是液體，因此常稱沖洗液。它在孔內的循環(huán)，稱為鉆孔沖洗。2鉆孔沖洗液的功用1）、清洗孔底，攜帶和懸浮巖屑2）、冷卻鉆頭3）、潤滑鉆頭和鉆具 4）、保護孔壁5）、其他功用3鉆探對沖洗液的要求1）沖洗液的性能應能在較大的范圍內進行調節(jié)，以便適應鉆進各種復雜地層；2）沖洗液應有良好的冷卻散熱能力和潤滑性能；3）沖洗液在使用中應能抗各種外界干擾，其性能基本保持穩(wěn)定。4）沖洗液的使用應不妨礙或有利于取心

30、、防斜、測井等工作的進行。5）沖洗液應不腐蝕鉆具和地面的循環(huán)設備；沖洗液應無毒和不污染環(huán)境。4鉆孔沖洗方式全孔正循環(huán)全孔反循環(huán)5沖洗液按介質的不同，可分為：氣體液體6沖洗介質的特點：1）清水特點是：易取、便宜、粘度小、沖洗效果好、冷卻能力強、相對密度低、可取得較高的機械鉆速。缺點是：在孔內循環(huán)時，滲入地層的量大，由此引起地層的膨脹、分散、坍塌或掉塊；在水的沖蝕作用下， 一些巖層易被沖蝕和溶解；循環(huán)停止時對孔內巖屑無懸浮能力。清水一般用于地層壓力不大的穩(wěn)定和非沖蝕性巖層，如大部分完整的巖漿巖和變質巖等2）空氣特點：空氣的密度低、粘度小。在有足夠的流速下，孔底吹洗干凈，鉆進效率高。缺點：空氣洗井需

31、要專門的空氣壓縮機，在濕孔和含水地層使用困難?？諝庀淳话阌糜谌彼貐^(qū)、干孔或嚴重漏失地層。用空氣作動力的潛孔錘鉆進；大口徑基巖中的水井鉆 探和露天礦爆破孔鉆進等。3）泥漿特點：循環(huán)過程中在壓差作用下能在孔壁上形成泥皮而加固孔壁；在循環(huán)停止時泥漿能很決轉為溶膠狀而懸浮巖屑，防止由于巖屑沉淀而引起孔內事故等；對鉆頭、牙輪軸承、鉆具和套管等有一定的潤滑作用，可 減小其磨損。缺點：相對密度和粘度較大；鉆進效率低；需要有專門的配漿材料；對環(huán)境有一定的污染等。泥漿是主要的常用沖洗液，現(xiàn)場稱泥漿為鉆探的“血液”。無固相沖洗液鉆井液用于裂隙發(fā)育、易坍塌和輕微膨脹的地層。在石油鉆井中，用于鉆井生產(chǎn)層，可 減輕

32、使用泥漿對油層的損害，這種無固相沖洗液稱為完井液。7選擇沖洗液的主要依據(jù)是：保證鉆進過程中孔壁穩(wěn)定；減少鉆具的回轉阻力和震動；預防鉆孔漏失或噴涌； 保持生產(chǎn)層的自然滲透性；保證高的巖礦心采取率和品質；保證有較高的技術經(jīng)濟指標。8分散體系：一種物質分散成粒子并均勻分布在具有其他物理化學性質的另一物質中的不連續(xù)相，這種物質稱 做分散相。而其分散有這種物質的另一物質，稱為分散介質。9泥漿的功能：（1）清洗孔底，冷卻鉆頭，潤滑鉆具，攜帶和懸浮巖屑；（2）平衡地層壓力，維持孔壁穩(wěn)定，防止坍塌掉塊；（3 ）防止水敏巖層崩塌、垮孔、膨脹、縮徑；（4）泥皮造壁、防止?jié)B漏；（5）堵塞小的孔隙、裂隙漏水。10為保

33、證鉆探所鉆地層的要求，經(jīng)常對泥漿的哪些性能進行測定？泥漿的相對密度和固相含量泥漿的流變性能（塑性粘度、表觀粘度、動切力、靜切力）漏斗粘度濾失性能失水量和泥餅厚度以及含砂量、潤滑性、膠體率和pH值等。泥漿的相對密度是泥漿的質量與同體積水質量之比。泥漿中的固相含量是指泥漿中固體顆粒占的重量或體積百分數(shù)。流變性能包括：粘度、動切力、靜切力、稠度系數(shù)、流動指數(shù)等。泥漿粘度是泥漿作相對流動時的內摩擦阻力，以一定體積的泥漿通過給定的孔徑時所需的時間（T）來表示。泥漿的膠體率：是泥漿中粘土顆粒分散和水化程度以及保護懸浮狀態(tài)的粗略衡量。泥漿的穩(wěn)定性：表示泥漿靜止時粘土顆粒沉降的傾向。11泥漿處理劑：無機處理劑

34、有機處理劑無機處理劑大都是電解質類化工產(chǎn)品，包括各種鹽和各種堿，個別情況也用一些酸。作用可分為：稀釋劑、降失水劑、絮凝劑、增粘劑、潤滑減阻劑、起泡和消泡劑和頁巖穩(wěn)定劑等。13無機處理劑起的作用包括：分散作用，促使粘土顆粒分散；控制聚結，使粘土顆粒處于適度聚結的穩(wěn)定 狀態(tài)；調節(jié)泥漿的 pH值；沉淀除鈣和絡合作用；使有機處理劑溶解或水解；與有機處理劑交聯(lián)； 膠凝作用；配飽和鹽溶液；加重作用和堵漏作用（如重晶石和云母片）。14鉆井對造漿膨潤土的要求：較低的相對密度、較好的流變特性；攜帶巖屑、清洗孔底的能力強；失水量??； 能形成薄而堅韌的泥皮等，以保證機械鉆速高、孔內清潔、孔壁穩(wěn)定。15復雜地層：是指

35、鉆進時產(chǎn)生不同程度的鉆孔坍塌、掉塊、漏失、涌水或井噴、孔壁膨脹或縮小等孔內復雜情 況的地層。16鉆進復雜地層時，如果措施不當，往往造成不同程度的鉆孔坍塌、掉塊、漏失、涌水或井噴、孔壁膨脹或縮 小等孔內復雜情況，鉆進效率低，鉆孔質量差，鉆進成本高，甚至出現(xiàn)不能繼續(xù)鉆進和造成鉆孔報廢的嚴重 后果。17力學不穩(wěn)定地層：是指受地質成因或受構造運動影響造成的破碎地層淺部的力學不穩(wěn)定地層包括流砂、砂礫松散地層，具體如風化殘積層、沖積層和洪積層、流砂層等。 深部的力學不穩(wěn)定地層主要有破碎地層和裂隙地層，具體如斷層破碎帶和交叉斷裂裂隙形成的硬脆碎地層。18遇水不穩(wěn)定地層：鉆進中遇到這類地層是指孔壁與沖洗液接觸

36、，因而產(chǎn)生松散、溶脹、剝落、溶蝕等孔壁失 去穩(wěn)定性的地層，故亦稱水敏性地層1） 遇水松散地層 2 ）遇水溶脹地層 3）遇水剝落地層 4 ）遇水溶解地層19漏失地層 根據(jù)漏失的嚴重程度可分為：（1）輕微漏失：（2）中等漏失：（3）嚴重漏失：20孔內復雜情況一一復雜地層的深度、厚度、孔徑變化；漏失層的深度、厚度、漏失量等21對復雜地層的分析判斷包括兩個方面。即：在鉆進過程中的分析判斷和用專門的裝置或儀器對復雜層位進行 測定。 在鉆進過程中的分析判斷1 ）根據(jù)巖層結構情況判斷漏失層位和坍塌孔段2 ）根據(jù)鉆速情況判斷復雜層位3 ）根據(jù)泥漿性能變化判斷復雜層4 ）根據(jù)水泵壓力表的變化判斷漏失層5 ）根據(jù)

37、孔內穩(wěn)定水位判斷漏失層22造成孔壁失穩(wěn)的因素，概括起來，主要有以下幾方面：（1）造成孔壁失穩(wěn)的巖層性質及賦存條件，即復雜地層的成因類型及性質；（2）鉆進過程中造成孔壁巖層應力狀態(tài)的變化；（3）鉆進過程中孔壁巖層受沖洗液的破壞作用；（4）鉆進過程中采用的工藝技術及升降鉆具產(chǎn)生壓力激動等對孔壁的破壞作用。23孔壁失穩(wěn)機理：1）孔壁周圍巖石受的壓力鉆孔后，孔壁周圍的巖石承受以下的壓力。（1）靜液柱壓力它是由液柱重量引起的壓力，其大小與液柱的單位重量及垂直高度（即孔深）有關。液體密度愈大，垂直高度愈大即孔深愈大，則液柱壓力愈大。常把每單位高度（或深度）增加的壓力值，叫做 壓力梯度，用GW表示，即：G&

38、#39;Pw9.81 10” w(2) 上覆巖層壓力它是指某深處在該巖層以上的巖層和孔隙中流體(油、氣、水)的總重量造成的壓力。 地層壓力：指作用在巖石孔隙內流體上的壓力，故也叫地層孔隙壓力。高于靜液柱壓力的地層壓力稱為異常高壓。低于靜液柱壓力的地層壓力稱為異常低壓。2) 孔壁周圍巖石內的應力3) 影響孔壁失穩(wěn)的鉆井技術因素沖洗液對巖層的水化作用通常是指那些在鉆進中易發(fā)生坍塌、剝落、膨脹等復雜情況的泥頁巖。24壓力激動是指在有液體的孔內進行升降鉆具時，因鉆具運動引起的孔內某一點的液體壓力的驟增或驟減，這 一現(xiàn)象稱為壓力激動，產(chǎn)生的動壓稱為激動壓力。25依據(jù)對孔壁失穩(wěn)的機理分析，穩(wěn)定孔璧，必須采

39、取相應的技術措施：(1) 根據(jù)孔壁巖層的性質，建立孔內各種壓力間的壓力平衡，以實現(xiàn)壓力平衡鉆進；(2) 根據(jù)不同巖層產(chǎn)生失穩(wěn)的特征，選用合理的防塌泥漿，調整其組成及性能，并采用相應的防塌措施。(3) 對于力學不穩(wěn)定地層，除采用與之相適應的沖洗介質和合理的鉆進技術外，應采用凝固性材料固結孔壁 巖層，以提高孔壁巖層的穩(wěn)固強度，達到穩(wěn)定孔壁的目的。26穩(wěn)定孔壁的平衡條件為建立和維持上述的這些平衡關系，應改變或調節(jié)主觀能控制的一些力，如靜液柱壓力、環(huán)空循環(huán)壓力、激 動壓力、沖洗液的滲透水化力等。為此可以： 調節(jié)沖洗液的密度和含鹽量； 選擇抑制性的泥漿體系，調節(jié)其組成和配方(如鈣泥漿體系、鉀泥漿體系、有

40、機陽離子泥漿體系等) 調節(jié)沖洗液的性能：粘度、切力、濾失量。27離子作用的原理是利用無機鹽類或無機堿類的離子，與粘土質的泥頁巖表面進行離子交換，改變粘土的活性,從而控制粘土的水化膨脹性能。鉀離子水化能小，易緊密地吸附在負電荷中心附近，或易中和粘土表面的負電荷；鉀離子易嵌入粘土晶 片的六角環(huán)中起封閉結構的作用，從而阻止泥頁巖的水化；鉀離子一旦被粘土吸附后不易被其他離子交換下 來。28包被作用。聚合物泥漿中的水溶性聚合物吸附在孔壁巖層或粘土礦物表面上，形成一層高分子吸附膜，阻止 粘土與水的接觸，從而抑制泥頁巖的水化膨脹。29封堵作用。加入泥漿中的特種添加劑，如瀝青、油渣等材料，可用來封堵屬于力學不

41、穩(wěn)定的巖層的微裂縫或 松散破碎帶，防止鉆井液中的水分沿巖層裂縫滲入地層和遇水剝落崩解的巖層，從而起到防止穩(wěn) 定孔壁坍塌的目的。30 活度平衡的實質是使泥漿的活度與地層水的活度相平衡，利用滲透原理來有效控制粘土、泥頁巖的水化膨 脹，保持孔壁的穩(wěn)定。31鉆孔漏失：是指鉆孔內沖洗液從孔內向周圍巖石產(chǎn)生明顯的泄漏。沖洗液漏失的根本原因是孔內液柱相對于巖層產(chǎn)生壓力差，以及巖石中存在有漏失通道，即鉆孔一一地層 系統(tǒng)存在壓力不平衡和巖層中有漏失通道這兩方面。32鉆孔漏失的原因(1)地質和水文地質條件(2) 工藝技術原因。第七章1鉆探工程6項質量指標是：原始報表；巖礦心的采取和整理；簡易水文觀測；鉆孔彎曲與校

42、正；孔深測量與 校正；封孔與檢驗。其中，巖礦心的采取和鉆孔彎曲尤為重要。2鉆孔施工過程中獲得巖礦樣品是鉆探的主要任務之一。鉆探采集的有用礦物和圍巖樣品一般有巖心、巖粉以及專門密封的樣品。3對鉆探采集巖礦心樣品有要求：1 )采取率：巖礦心采取率即實際取出的巖礦心長度與對應孔段實際鉆進進尺比值的百分數(shù)。采取率=采取長度實際進尺X 100%礦心采取率不低于 75%巖心不低于60%（2 ）完整性：取出的巖礦心應盡量避免人為的破壞要保持原生結構，以便確定巖礦層分層，觀察其原生結構和共生關系（3）純潔性：取出的巖礦心不受外物的浸蝕和污染，以免影響巖石和礦的物理化學性質指標。如當?shù)V心混入 泥漿時，灰分會增加

43、。（4 ）盡量避免選擇性磨損巖礦心選擇性磨損，會使其內在物質成分發(fā)生變化，影響整個礦區(qū)礦的儲量的計算和 評價。（5）采心部位取出的巖礦心孔深部位必須準確，上下順序不能顛倒，否則易歪曲巖層所在層位的深度和厚度。4影響巖礦心采取的因素可分為地質因素和人為因素兩大方面。5根據(jù)取心難易程度的不同，大致可以將常見的巖礦層分為7類1 完整、致密、少裂隙的巖礦層2節(jié)理、片理、裂隙發(fā)育，硬或中硬，性脆易碎的巖礦層3. 軟硬不均，夾層多，性質不穩(wěn)定的巖礦層4. 軟，松散，破碎，膠結性差的巖礦層5、易被沖洗液溶蝕和溶化的巖礦層6、怕污染的巖礦層7、淤泥和流砂類巖礦層6常用的取心工具有單管取心、雙動雙管取心、單動雙

44、管取心和繩索取心等。7雙動雙管鉆具是指具有內、外兩層巖芯管，并在鉆進時同時回轉的取芯工具。8在鉆進過程中，外管轉動而內管不轉動的雙管鉆具稱為單動雙管鉆具。該鉆具分壓入式與擊入式兩種。第八章1鉆孔偏斜或鉆孔彎曲：在施工過程中，由于種種因素的影響，實際的鉆孔軌跡往往偏離設計的鉆孔軌跡。2鉆孔彎曲給地質成果和鉆探施工都會帶來不良后果。對于地質成果來說，由于未按預定目標點穿過礦體或其他地質層位，就有可能歪曲礦體產(chǎn)狀、打丟礦體、遺漏斷層或改變勘探網(wǎng)度，從而影響對礦體的評價、構造的判斷和儲量計算的精確程度。3鉆孔在空間的軌跡基本要素是頂角、方位角和孔深。頂角（0 ）鉆孔軌跡某點切線與鉛垂線之間的夾角。方位

45、角（a ）鉆孔軌跡某點切線在水平面上的投影與真北方向夾角，按順時針方向計?？咨?，孔口到鉆孔軌跡上某點的鉆孔軸線長度。4鉆孔彎曲的原因可分為地質、技術和工藝3個方面。1 、地質方面1 ）鉆頭在松軟地層中遇到大礫石時，鉆孔易沿礫石斜面彎曲2）鉆孔遇到裂隙，而裂隙方向與鉆孔方向相近時，鉆孔沿裂隙方向彎曲3）鉆孔遇溶洞或老窿時易發(fā)生彎曲。4）斷層、節(jié)理發(fā)育，巖脈穿插多的地方鉆孔易偏斜，且遞增幅度大。5 ）軟、硬巖層換層時，鉆孔的頂角和方位角易發(fā)生變化。當鉆頭由軟巖層進入硬巖層時，如鉆孔軸線與巖層層面夾角大于 30°,鉆孔向垂直于巖層傾斜方向彎曲。如鉆孔軸線與巖層層面夾角小于30°,

46、則鉆孔易順巖層傾斜方向彎曲當鉆頭由硬巖層進入軟巖層時，鉆孔向硬巖層傾斜方向彎曲，但彎曲不大2、鉆探技術上的原因3、鉆探操作上的原因5鉆孔偏斜的危害性降低鉆探效率增加鉆探成本 易造成測井事故影響地質資料的可靠性6測斜就是測量鉆孔的 3個基本要素：頂角、方位角和孔深。7按照預定的軌跡鉆達預定目標的鉆孔稱為定向鉆孔。8定向鉆孔按施工技術方法的不同，可分為：1、初級定向鉆孔即采用常規(guī)鉆具并利用地層和工藝造斜規(guī)律，通過移動孔位，改變開孔頂角，扭轉開孔方位角等方法鉆達目的層位的鉆孔。2、受控定向鉆孔即單純采用人工造斜手段或繪合利用人工造斜手段與地層造斜規(guī)律，鉆達目的層位的鉆孔。自然造斜與人工造斜，可在某一孔段同時使用，也可在不同孔段分別使用。按孔身軌跡的不同，可分為平面彎曲定向鉆孔空間彎曲定向鉆孔按鉆孔結構形態(tài)，又可分為：單孔底定向鉆孔多孔底定向孔9定向鉆進方法根據(jù)工作原理，定向方法可分為：直接定向和間接定向、隨鉆定向10定向鉆孔施工工藝：建立人工孔底定向下造斜工具造斜鉆進第九章1為了獲得水文地質資料和開發(fā)地下水所進行的鉆探工作，通稱水文水井鉆探。根據(jù)鉆探的目的，有些孔為了獲取水文地質資料，這樣的鉆孔稱水文地質孔或水文勘探孔，簡稱水文孔。而另一些直徑大的井，目的是為工農業(yè)供水，這樣的井叫做供水井。因此，水文水井鉆探可以分為水文鉆探和水井 鉆探。2水文鉆探是以查明地下水的埋藏條件，運